基于红外激光积分球的硅探测器响应非线性研究

0.9μm是我国高温标准光电和辐射法热力学温度测量的主要工作波段之一,因此对该波段下滤光片辐射计的非线性的研究十分重要。基于单相干光源双光路的光通量倍增法设计并搭建了硅探测器光谱响应非线性测量系统,利用双紫外熔融石英分光镜实现光通量的调控,通过积分球使探测器视场被完全充满,提高入射光在探测器光敏面作用区域的重复性,采用高吸收光阱避免光通量调控过程中的多次反射。实验通过切换中性密度滤波片来实现对光电流范围扩展,表征了0.9μm滤光片辐射计在1.6×10-8~8×10-6 A光电流范围内的非线性,单次测量的非线性值为-8.7×10-5~4.8×10-5,单次测量结果标准不确定度优于3.7×10-4,累积测量的非线性值为-2.7×10-4,标准不确定度优于7.6×10-4。

薄膜铌酸锂光电探测器近期研究进展

铌酸锂晶体具有高电光、压电和非线性光学系数,宽光学透明范围、兼容速度匹配、相位匹配和色散工程,长期稳定性以及可低成本制备光学级晶圆等众多优势,作为构筑如电光调制器、光学频率梳、光波导等光电子器件的重要平台,在信息通信领域的光产生、光传输、光调制等领域大放异彩,被誉为“光子领域的硅”,具有巨大的集成应用潜力,受到学术界和产业界的广泛关注。然而,由于铌酸锂的绝缘体和弱光学吸收特性,基于铌酸锂平台的集成应用领域还面临光电转换效率低和探测难的问题,全光通信中光解调和光提取需要高性能探测器的支撑,因此研发基于铌酸锂的光电探测器具有重大的科学意义和应用价值。本文从铌酸锂的基本结构特性出发,详细介绍了铌酸锂的优异物性和光电转化机理,综述了国内外学者近期的一些研究成果,重点阐述了基于铌酸锂晶体的光波导集成型光电探测器和异质结型光电探测器的研究进展,探讨并比较了不同路线的优点和发展潜力,并对该领域提出展望。

高性能PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器

由于光电探测器的工作性能直接关系到系统数据采集质量,为此,对高性能PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器进行了研究。通过选取材料、试剂和设备制作了PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器。搭建探测器性能测试环境,并利用光响应度、探测率、响应时间和光电导增益4个指标,分析探测器性能。结果表明,随着测试时间的推移,PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器的光响应度数值始终处于5 A/W限值以上;无论对采集何种材质反射的红外光,探测器探测率均大于10 cm·Hz1/2 W^(-1);无论光生电流是处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs以下;光电导增益值保持在80%以上。

DPP基窄带隙聚合物光伏型探测器性能研究

有机/聚合物光探测器以其光谱选择可控、带隙可调、制备工艺简单、易于实现大面积柔性器件等突出优点,一直备受关注。选择结构简单的3,3′-双甲氧基取代的联二噻吩(OT)、3,4-二甲氧基噻吩(O)和3,6-二甲氧基噻并[3,2-b]噻吩(OTT)等寡聚噻吩单元作富电子单元,吡咯[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP)作缺电子单元,制备系列D-A型窄带隙共轭聚合物POT-DPP,PO-DPP和POTT-DPP,并对聚合物的热稳定性、吸收光谱、聚集状态、能级及其光伏型探测器件的光伏性能、电荷迁移、复合损失过程及比探测率(D*)等进行了系统研究。其中含更大共轭平面的POTT-DPP:PC71BM的光探测器的探测性能最佳,在400 nm和850 nm处的D*分别为1.87×10^(11)Jones和1.67×10^(11)Jones,这主要受益于器件中高且平衡的空穴/电子迁移率,能更好地抑制双分子复合、陷阱辅助复合以及形成更有利的光敏层表面形貌。此项工作证明,通过增大D-A型共轭聚合物主链上的富电子单元的有效共轭面积,可以调节聚合物的带隙,促进探测器件载流子迁移,抑制其复合,从而促进光伏型光探测器件性能的显著提升。

基于石英音叉探测器的双光谱气体检测技术

将波长调制光声光谱和光热光谱有效结合,提出了一种基于石英音叉探测器和光声光谱与光热光谱技术有效融合的双光谱气体检测技术。以大气中水汽为分析对象,利用1 392 nm附近的近红外半导体激光器搭建了一套基于石英音叉探测器的双光谱探测系统,结合波长调制技术中相位依赖特性,利用差分原理实现了波长调制光声光谱和光热光谱信号的有效叠加和增强,与传统探测方案中采用的单一光谱检测方法相比,有效利用了激光功率,实验结果显示,所提出的双光谱探测技术的总体信噪比分别是光声光谱与光热光谱信噪比的1.97和1.24倍,有效提升了系统检测灵敏度。

偏振集成红外光电探测器研究进展与应用

偏振集成探测器具有体积小、重量轻、结构紧凑,并且无需图像配准对动态目标同时同地同源探测与识别的优势。本文主要介绍了偏振集成光电探测器单元器件、线列焦平面、面阵焦平面的研究进展,分析了光栅结构设计与仿真、亚微米偏振光栅制备、集成与测试、偏振图像数据重构等获得高消光比偏振集成探测器的关键技术,最后介绍了偏振成像针对无人机、伪装卡车、地雷、海面舰船、面部识别、无人驾驶道路识别、海面漏油检测及医疗检测等方面的典型应用。

一种集成式红外偏振探测器的盲元检测方法研究

现有红外偏振探测器盲元检测主要依据GB/T 17444-2013中的判别方法,这会忽略对某些无法正常响应偏振光的异常像元的统计。这些像元无法通过国标剔除,严重影响成像质量,因此需要在原有盲元检测方法的基础上叠加一种偏振盲元检测方法,从而更精准地对偏振红外探测器进行盲元评价。提出了一种通过依据电动起偏器进行消光比测试来获得偏振盲元的方法,可以极大程度地减小由内部偏振角度刻蚀带来的测试误差,同时可以实现对偏振器件偏振盲元与常规过热像元、死像元的多维度同时检测。利用本单位自行研制的320×256探测器进行实验验证。采用国标识别的盲元数量为1010个;引入偏振盲元后,盲元数量为1178个,总体盲元数量比前者增加了0.2%。

高速光探测器的集成微透镜结构设计与制备

高速光探测器以获得更高的3 dB带宽为目标,减小器件台面面积能够使结电容降低从而提高带宽,但同时也增大了系统中的光耦合损耗。针对该问题,在高速光探测器衬底背面单片集成微透镜结构是一种有效的解决方案,该结构可通过补偿对准偏差来提高器件的光耦合效率。设计了一种面向数据中心应用的,与1.31μm光探测器芯片单片集成的InP基微透镜结构;通过热熔法制作微透镜胶型,并利用电感耦合等离子体刻蚀实现微透镜胶型转移,电感耦合等离子体刻蚀过程选择SiCl4和Ar作为刻蚀气体以保证实验的安全性;制备了一种直径90.3μm、冠高18.5μm、表面形貌光滑的InP基微透镜结构。单片集成微透镜的PIN光探测器在1.31μm波长处,入射光偏离主光轴3°的情况下,光探测器的响应度仅下降4%。

光入射角及尘埃对太阳能电池月尘探测器的影响研究

以太阳能电池月尘探测器的短路电流为参考,通过模拟月球尘埃实验,研究太阳能电池短路电流对光入射角、尘埃沉积质量和粒度分布的响应。结果表明,一旦光入射角大于60°,尤其是在尘埃沉积的情况下,尘埃探测器的短路电流不能较好地用余弦函数来近似。探测器的短路电流和月球尘埃沉积质量遵循一个指数关系。在相同的沉积质量下,月球尘埃的颗粒粒径越小,对太阳能电池的遮挡作用就越强,其原因是小尺寸的月球尘埃颗粒之间的空隙较小,导致更多的光强损失。此外,质量消光系数与光入射角相关。因此,在实际测试过程中,应根据入射角度来选择质量消光系数,以确保探测器给出的结果准确性。

MoO_(3)覆盖层对MoS_(2)基光伏型光电探测器性能的影响

基于范德瓦耳斯力的异质结构为设计和研究高性能光电器件提供了无限的可能.本文报道了一种基于MoS_(2)/MoO_(3)的光伏型光电探测器,为了实现光伏性能,实验构建Au/MoS_(2)的非对称肖特基接触.为提高其光电性能,实验采用超薄的MoO_(3)作为覆盖层构建MoS_(2)/MoO_(3)异质结,利用MoO_(3)可见光吸收特性及良好的光透过性增加MoS_(2)材料内参与导电的电子.实验通过原子层沉积(ALD)法制备MoO_(3),并通过调控厚度来优化器件的光响应性能.研究结果表明,覆盖层MoO_(3)越薄异质结光吸收效率越高,且抑制暗电流增益的效果越显著.相比单一的MoS_(2)基光伏型光电探测器,MoS_(2)/MoO_(3)异质结器件光响应度增强近10倍,响应度高达916.121 A/W,探测率约2.74×10^(11)Jones,响应时间约73μs,有效解决平面型光伏器件响应度低的问题.本研究通过异质结构设计及其覆盖层的厚度优化,成功实现对平面型MoS_(2)基光伏器件的光电性能改善,为未来开发高性能MoS_(2)/氧化物异质结光电探测器提供参考方案.

光伏探测器响应非线性的机理分析

随着光伏探测器在傅里叶变换红外(FTIR)光谱探测领域的广泛应用,光伏型器件的响应非线性现象逐渐成为影响FTIR光谱反演精度的关键问题。文章对光伏探测器的响应非线性进行研究,首先,总结了光伏探测器的一般原理与等效电路;然后,对导致探测器出现响应非线性的内部效应与外部因素进行分析;最后,总结了内外因素之间的关联,并在结论中给出了对探测器进行非线性校正的工作方向。这对揭示半导体器件对不同通量辐射的响应规律、对于改善研究光伏探测器的非线性问题以及提高FTIR光谱探测精度具有重要的意义。

BiI_(3)修饰Cs_(3)Bi_(2)I_(9)自供能光电化学型探测器制备及其性能

在溶液法合成Cs_(3)Bi_(2)I_(9)前驱体溶液的基础上,采用添加BiI_(3)修饰Cs_(3)Bi_(2)I_(9)溶液的方法后得到Cs_(3)Bi_(2)I_(9)/BiI_(3)薄膜并制备出具有自供能特性的Cs3Bi2I9/BiI3薄膜光电化学型探测器。结果表明,添加的BiI3以第二相形式存在于Cs_(3)Bi_(2)I_(9)薄膜中,形成两相混合结构。在紫外光(365 nm)单色光照射下,Cs_(3)Bi_(2)I_(9)/BiI_(3)探测器的开关比达到3198,响应度和探测率分别为2.85×10^(-3) A/W和3.77×10^(10) Jones。在绿光(530 nm)单色光照射下,Cs_(3)Bi_(2)I_(9)/BiI_(3)探测器的开关比达到1172,响应度和探测率分别为6.9×10^(-4) A/W和1.76×10^(10) Jones,同时展现出红光波段(625 nm)的良好响应。相较于Cs_(3)Bi_(2)I_(9)探测器,Cs_(3)Bi_(2)I_(9)/BiI_(3)器件探测性能均有大幅度提高,归因于BiI_(3)对非辐射缺陷的钝化作用。本工作首次尝试将Cs3Bi2I9应用在光电化学型结构探测器中,通过BiI3的修饰成功提高了器件性能,为低毒铋基钙钛矿的光电探测应用性能提升提供了新思路。

氧化铝增强的PdSe_(2)/Si异质结光电探测器

为了降低暗电流,通过原子层沉积(ALD)生长了一层氧化铝(Al_(2)O_(3))隧穿层,制备了PdSe_(2)/Al_(2)O_(3)/Si异质结光电探测器.通过优化Al_(2)O_(3)层的厚度,使得该探测器实现了高速和宽光谱响应.研究结果表明,在波长为808 nm的光照射和-2 V偏压下,所制备的光电探测器与未生长Al_(2)O_(3)的器件相比,暗电流降低了约3个数量级,器件的光响应度达到了约为0.31 A/W,对应的比探测率约为2.5×10^(12)Jones,器件在零偏压下表现出明显的自驱动效应.经过循环测试1 200次后,器件保持良好的光响应.器件响应的上升时间和下降时间分别为7.1和15.6μs.结果表明,在二维层状半导体材料与Si之间引入Al_(2)O_(3)隧穿层,可以有效地降低器件的暗电流,有利于高性能的Si基光电探测器的制备.

钙钛矿材料窄带光电探测器中组分调控策略及性能提升研究进展

金属卤化物钙钛矿因具有宽范围可调带隙、高光吸收系数、长载流子扩散长度和低温柔性兼容等优点,被视为构建窄带探测器的理想光吸收材料,在仿生人眼、颜色分辨和彩色成像等领域中有着潜在应用。然而,目前窄带探测器响应度和外量子效率仍然较低,严重阻碍了其进一步发展。钙钛矿窄带探测器的响应主要依赖于光吸收层带隙,而带隙取决于制备工艺和化学组分。尽管关于钙钛矿薄膜制备已有较多报道,但基于组分调控的窄带响应探测方面的总结较少,因此提高窄带钙钛矿探测器响应度和外量子效率等问题亟待解决。总结了近年来不同体系钙钛矿材料在组分调控方面的研究进展,其中包括有机无机铅卤钙钛矿和全无机铅卤钙钛矿,着重对比了不同材料体系中的组分调控策略,归纳了窄带响应的物理机理,旨在梳理通过组分调控提升钙钛矿窄带探测器性能及特定波段光响应方面的研究进展,为窄带钙钛矿探测器进一步应用提供研究基础和理论指导。

氯苯反溶剂法制备高性能Cs_(3)Bi_(2)I_(9)基全无机类钙钛矿光电探测器

全无机组分的类钙钛矿Cs_(3)Bi_(2)I_(9)不含铅离子,无毒环保且具有较好的稳定性.目前报道的大多数Cs_(3)Bi_(2)I_(9)基光电探测器多采用Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶薄膜制备,虽然光电性能优异,但制备相对复杂.采用一步法,通过在旋涂过程中优化旋涂速度和氯苯反溶剂的添加时间,最终获得均匀平整的Cs_(3)Bi_(2)I_(9)非晶薄膜,并制备出光/暗电流比高达10^(4)的高性能平面光电导型光电探测器.这表明添加反溶剂制备的非晶Cs_(3)Bi_(2)I_(9)薄膜光探测器是一种性能优异的器件,有较大的应用潜力.

零偏压下近红外集成单波长波导光探测器

提出了一种基于InGaAsP材料的零偏压单片集成波导光探测器。该器件单片集成了光子晶体(Photonic Crystals,PC)滤波器、锥形耦合器、零偏压波导光探测器(Wave-Guide Photodetector,WGPD)以及直波导,形成了一个平面微纳光信号接收子系统。集成的波导光探测器吸收峰值波长位于1.55μm处,光谱线宽仅1.6 nm。设计的波导光探测器在无外加偏压时具有良好性能,经优化,当其面积为4μm×15μm时其3 dB带宽达78 GHz@0 V,响应度为0.78 A/W。整个器件基于组分可调的InGaAsP材料,实现多功能器件的单片集成,具有高性能、小体积、低功耗、窄线宽等特性。

掺碳氧化铝复合光释光探测器制备及性能测试

针对单晶片状掺碳氧化铝光释光探测器灵敏度差异性大的问题,研究了不同粒径掺碳氧化铝粉体的光释光灵敏度,采用光学类环氧树脂和掺碳氧化铝粉末制备了两种复合掺碳氧化铝光释光探测器,并测试了其光释光剂量响应、最小可测剂量和重复性能。结果表明,在粉体粒径为200~300μm时,具有最高的光释光灵敏度;复合光释光探测器剂量响应呈线性-超线性的特点,剂量10 Gy以下呈良好的线性,最小可测剂量低至33.7μGy;复合光释光探测器响应具有良好的重复使用特性,变异系数小于1.5%。验证了复合光释光探测器的技术可行性,为掺碳氧化铝晶体的应用提供了一条新的路径。

宽带可见光到电信波长的锗量子点光探测器

锗量子点(QD)光探测器(PD)是在锗衬底上制造的,在400~1550nm范围内表现出宽带、可见光到近红外光反应。获得了高达1.12A/W的室温光谱响应度(Rsp)和313%的内部量子效率(IQE),优于传统的硅和锗光二极管。降低工作温度和入射功率导致性能急剧增强,在T=100K,波长为1550nm,入射功率为10nW时,IQE=1000%。基于其简单的制造和硅技术的兼容性,这些锗QDPD代表了宽带、高性能可见光到近红外检测的一个有前途的选择.

硅基光电子工艺中集成锗探测器的工艺挑战与解决方法

锗探测器是硅基光电子芯片中实现光电信号转化的核心器件。在硅基光电子芯片工艺中实现异质单片集成高性能锗探测器工艺,是光模块等硅基光电子产品实现小体积、低成本和易制造的优先选择。本文讨论了硅基光电子芯片集成锗探测器在实际工艺中遇到的挑战和解决思路。硅基光电子芯片集成锗探测器主要挑战在于热预算兼容、金属污染防控及工艺结构的匹配三个方面。

不同结构的碲镉汞长波光伏探测器的暗电流研究

对B+注入的n on p平面结和分子束外延 (MBE)技术原位铟掺杂的n+ n p台面异质结的碲镉汞 (HgCdTe)长波光伏探测器暗电流进行了对比分析 .与n on p平面结器件相比 ,原位掺杂的n+ n p台面异质结器件得到较高的零偏动态阻抗 面积值 (R0 A) .通过与实验数据拟合 ,从理论上计算了这两种结构的器件在不同温度下的R0 A和在不同偏压下的暗电流 。